JP6250332B2 - Gas turbine equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、ガスタービン設備に関する。 Embodiments described herein relate generally to gas turbine equipment.
発電プラントの高効率化は、二酸化炭素の削減や省資源などの要求から進められている。具体的には、ガスタービンや蒸気タービンの作動流体の高温化、コンバインドサイクル化などが積極的に進められている。また、二酸化炭素の回収技術についても、研究開発が進められている。 Increasing the efficiency of power plants is advancing due to demands such as carbon dioxide reduction and resource saving. Specifically, the working fluids of gas turbines and steam turbines are being actively heated and combined cycles are being promoted. Research and development is also underway for carbon dioxide recovery technology.
図3は、燃焼器において生成した二酸化炭素の一部を作動流体として循環させる、従来のガスタービン設備の系統図である。図3に示すように、空気分離機(図示しない)から分離された酸素は、流量調整弁310によって流量が調整され、燃焼器311に供給される。燃料は、流量調整弁312によって流量が調整され、燃焼器311に供給される。この燃料は、例えば、炭化水素である。
FIG. 3 is a system diagram of a conventional gas turbine facility that circulates a part of carbon dioxide generated in a combustor as a working fluid. As shown in FIG. 3, the flow rate of oxygen separated from an air separator (not shown) is adjusted by a flow
燃料および酸素は、燃焼器311内で反応(燃焼)する。燃料が酸素と燃焼すると、燃焼ガスとして二酸化炭素と水蒸気が生成する。燃料および酸素の流量は、それぞれが完全に混合した状態において量論混合比(理論混合比)となるように調整されている。
The fuel and oxygen react (combust) in the
燃焼器311で生成した燃焼ガスは、タービン313に導入される。タービン313において膨張仕事をした燃焼ガスは、熱交換器314を通り、さらに、熱交換器315を通る。熱交換器315を通る際、水蒸気が凝縮して水となる。水は、配管316を通り外部に排出される。なお、タービン313には、発電機317が連結されている。
Combustion gas generated by the
水蒸気と分離されたドライ作動ガス(二酸化炭素)は、圧縮機318で昇圧される。昇圧された二酸化炭素の一部は、流量調整弁319によって流量が調整され、外部に排出される。二酸化炭素の残りは、熱交換器314において加熱され、燃焼器311に供給される。
The dry working gas (carbon dioxide) separated from the water vapor is pressurized by the
ここで、ガスタービン設備においては、全速無負荷(FSNL)から定格までタービン負荷制御が行われる。これによって、タービン313に導入される作動流体の流量は変化する。このガスタービン設備における作動流体の圧力は高圧であり、圧縮機318における作動流体の体積流量は小さい。そのため、圧縮機318として、軸流圧縮機は適さず、遠心圧縮機が使用される。
Here, in the gas turbine equipment, turbine load control is performed from full speed no load (FSNL) to a rating. As a result, the flow rate of the working fluid introduced into the
燃焼器311に供給される二酸化炭素の一部は、燃料および酸素とともに燃焼領域に導入される。残りの二酸化炭素は、燃焼器311の壁面の冷却、燃焼ガスの希釈に使用される。そして、燃焼器311内に導入された二酸化炭素は、燃焼ガスとともにタービン313に導入される。
A part of the carbon dioxide supplied to the
上記した系統において、燃焼器311において燃料と酸素を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分の二酸化炭素が系統の外部に排出される。系統の外部に排出された二酸化炭素は、例えば、回収装置により回収される。また、例えば、油田の地下造岩から残油を押し出すために、排出された二酸化炭素を利用することもできる。一方、系統内に残された二酸化炭素は、系統内を循環する。
In the system described above, carbon dioxide corresponding to the amount of carbon dioxide generated by burning fuel and oxygen in the
上記した従来のガスタービン設備において、燃焼器311内に形成される火炎は、例えば、燃焼器311内へ噴出される二酸化炭素の噴出速度(以下、燃焼器噴出速度Vという。)によって影響を受ける。
In the conventional gas turbine equipment described above, the flame formed in the
この燃焼器噴出速度Vは、次に示す式(1)によって定義される。
V = G×T×R×Z/(P×A) …式(1)
This combustor ejection speed V is defined by the following equation (1).
V = G × T × R × Z / (P × A) (1)
ここで、Gは、燃焼器311に流入する二酸化炭素の体積流量、Tは、燃焼器311に流入する二酸化炭素の温度、Rは、ガス定数、Zは、圧縮係数である。また、Pは、燃焼器311に流入する二酸化炭素の圧力、Aは、燃焼器311に流入した二酸化炭素が通過する開口部の全開口面積である。
Here, G is a volume flow rate of carbon dioxide flowing into the
上記したように、火炎は、燃焼器噴出速度Vの影響を受けるため、ガスタービン設備においてタービン負荷制御を行う際には、例えば、この燃焼器噴出速度Vを適正な範囲に制御することで、火炎の安定性を図ることが好ましい。 As described above, since the flame is affected by the combustor ejection speed V, when performing turbine load control in the gas turbine equipment, for example, by controlling the combustor ejection speed V to an appropriate range, It is preferable to improve the stability of the flame.
しかしながら、前述した、圧縮機318として使用される遠心圧縮機においては、例えば、軸流圧縮機のような入口案内翼を備えず、広範な流量制御を行うことが困難である。そのため、タービン負荷が変化したときに、燃焼器噴出速度Vを適正な範囲に制御するのは困難である。
However, the above-described centrifugal compressor used as the
本発明が解決しようとする課題は、タービン負荷が変化したときにおいても、燃焼器噴出速度を適正な範囲に維持し、火炎安定を図ることができるガスタービン設備を提供するものである。 The problem to be solved by the present invention is to provide gas turbine equipment that can maintain flame combustor speed within an appropriate range and achieve flame stability even when the turbine load changes.
実施形態のガスタービン設備は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排出された燃焼ガスによって回動されるタービンと、前記タービンから排出された前記燃焼ガスを冷却する熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記燃焼ガスから水蒸気を除去してドライ作動ガスに再生する水蒸気除去器とを備える。 A gas turbine facility according to an embodiment includes a combustor that burns fuel and an oxidant, a turbine that is rotated by the combustion gas discharged from the combustor, and a heat exchange that cools the combustion gas discharged from the turbine. And a water vapor remover that removes water vapor from the combustion gas that has passed through the heat exchanger and regenerates it into a dry working gas.
さらに、ガスタービン設備は、前記ドライ作動ガスを超臨界流体となるまで昇圧する圧縮機と、前記圧縮機から排出された超臨界流体の前記ドライ作動ガスの一部を、前記熱交換器を通して前記燃焼器に導く燃焼器導入管と、前記熱交換器よりも上流側の前記燃焼器導入管から分岐し、前記燃焼器導入管を流れる前記ドライ作動ガスの一部を外部に排出する排出管と、前記圧縮機から排出された超臨界流体の前記ドライ作動ガスの残部を、前記タービンの出口と前記熱交換器の入口とを連結する配管内に導入するバイパス管とを備える。 Furthermore, the gas turbine equipment includes a compressor that pressurizes the dry working gas until it becomes a supercritical fluid, and a part of the dry working gas of the supercritical fluid discharged from the compressor through the heat exchanger. A combustor introduction pipe that leads to the combustor, and a discharge pipe that branches from the combustor introduction pipe upstream of the heat exchanger and discharges a part of the dry working gas flowing through the combustor introduction pipe to the outside. And a bypass pipe for introducing the remaining part of the dry working gas of the supercritical fluid discharged from the compressor into a pipe connecting the outlet of the turbine and the inlet of the heat exchanger.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施の形態のガスタービン設備10の系統図である。図1に示すように、ガスタービン設備10は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器20を備えている。燃料を燃焼器20に供給する配管35には、燃料の流量を調整するための流量調整弁15が設けられている。酸化剤を燃焼器20に供給する配管36には、酸化剤の流量を調整するための流量調整弁16が設けられている。なお、流量調整弁16は、酸化剤流量調整弁として機能する。
FIG. 1 is a system diagram of a
ここで、燃料としては、例えば、天然ガス、メタンなどの炭化水素や、石炭ガス化ガスなどが使用される。酸化剤としては、酸素が使用される。この酸素は、例えば、空気分離装置(図示しない)によって大気から分離することで得られる。 Here, for example, natural gas, hydrocarbons such as methane, coal gasification gas, or the like is used as the fuel. Oxygen is used as the oxidizing agent. This oxygen is obtained, for example, by being separated from the atmosphere by an air separation device (not shown).
燃焼器20から排出された燃焼ガスは、タービン21に導かれる。このタービン21は、燃焼ガスによって回動される。タービン21には、例えば、発電機22が連結されている。なお、ここでいう、燃焼器20から排出される燃焼ガスは、燃料と酸化剤とが燃焼することで生成された燃焼生成物と、燃焼器20に供給されて燃焼生成物とともに燃焼器20から排出される、後述するドライ作動ガス(二酸化炭素)とを含んだものである。
The combustion gas discharged from the
タービン21から排出された燃焼ガスは、配管40に介在する熱交換器23を通過することによって冷却される。熱交換器23を通過した燃焼ガスは、さらに配管40に介在する熱交換器24を通過する。燃焼ガスは、この熱交換器24を通過することで、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去され、ドライ作動ガスに再生される。ここで、水蒸気は、熱交換器24を通過することで、凝縮して水となる。この水は、例えば配管41を通り外部に排出される。なお、熱交換器24は、水蒸気を除去する水蒸気除去器として機能する。
The combustion gas discharged from the turbine 21 is cooled by passing through the
燃焼器20から排出される燃焼ガスには、余剰の酸化剤(酸素)や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃焼器20に供給する燃料および酸素の流量を量論混合比(当量比1)になるように調整している。そのため、ドライ作動ガスの成分は、ほぼ二酸化炭素である。なお、ドライ作動ガスには、例えば、微量の一酸化炭素などが混在する場合も含まれる。
It is preferable that no surplus oxidant (oxygen) and fuel remain in the combustion gas discharged from the
ドライ作動ガスは、配管40によって圧縮機25に導かれる。ドライ作動ガスは、超臨界流体となるまで圧縮機25によって昇圧される。圧縮機25の出口において、ドライ作動ガスの圧力は、例えば、8MPa〜9MPa、ドライ作動ガスの温度は、例えば、35〜45℃となる。なお、超臨界流体とは、臨界点以上の温度および圧力下における状態をいう。
The dry working gas is guided to the
ここで、圧縮機25としては、例えば、遠心圧縮機が使用される。圧縮機25は、例えば、タービン21のオーバスピードを防止するため、タービン21と同軸で連結されている。この場合、圧縮機25は、タービン21が定格のときには、タービン21の定格回転数で一定で回転する。遠心圧縮機は、圧力比の上昇に対してサージマージンが少ないため、回転数が一定の場合、体積流量および圧力比を一定で運転することが好ましい。
Here, as the
また、圧縮機25の出口における圧力を、例えば、一定の超臨界圧力に維持するには、圧縮機25の入口における圧力も一定の値となる。圧縮機25の入口における圧力が一定であることは、タービン21の出口における圧力が一定となるため、タービン21のシール特性や熱交換器23、24の安定使用の観点から好ましい。なお、圧縮機25の出口における圧力を一定に維持するには、後述する配管45に流れるドライ作動ガスの流量を調整することが必要となる。
In order to maintain the pressure at the outlet of the
圧縮機25から排出された超臨界流体のドライ作動ガスの一部は、配管42を通り燃焼器20に導かれる。この配管42は、燃焼器導入管として機能する。配管42には、超臨界流体のドライ作動ガスを冷却するための冷却器26が介在している。超臨界流体のドライ作動ガスは、冷却器26を通過することで、臨界点の圧力以上の圧力を維持しつつ、臨界点の温度よりも低い温度となる。そのため、冷却器26を通過した後には、ドライ作動ガスは、超臨界流体の状態を脱し、液体となる。
A part of the supercritical fluid dry working gas discharged from the
冷却器26の下流側の配管42には、液体となったドライ作動ガスを昇圧するポンプ27が介在している。ポンプ27は、例えば、タービン負荷に応じて、液体となったドライ作動ガスを昇圧する。ポンプ27は、例えば、インバータモータによって回転数制御される。液体となったドライ作動ガスは、ポンプ27によって昇圧されるともに、温度も臨界点の温度以上になる。そのため、液体となったドライ作動ガスは、ポンプ27を通過することで、再び超臨界流体のドライ作動ガスとなる。
A pump 27 that pressurizes the dry working gas that has become liquid is interposed in the
ポンプ27においては、例えば、所定の流量および圧力のドライ作動ガスを燃焼器20へ供給するため、例えば、所定の流量および圧力の設定点を通るようにインバータによって回転数制御がなされる。
In the pump 27, for example, in order to supply a dry working gas having a predetermined flow rate and pressure to the
ここで、冷却器26を通過したドライ作動ガスを、臨界点の圧力以上の圧力を維持しつつ液体とするのは、例えば、臨界点以下の条件のように気体と液体が共存できる条件下において、気液混合の二層流がポンプ27に入った際に生じるキャビテーションによる損傷を回避するためである。また、液体とすることで、凝縮熱が奪われることなく、サイクル効率を維持しながら運転することができる。 Here, the dry working gas that has passed through the cooler 26 is made liquid while maintaining a pressure higher than the critical point pressure, for example, under conditions where gas and liquid can coexist, such as under the critical point condition. This is to avoid damage due to cavitation that occurs when a two-layer flow of gas-liquid mixing enters the pump 27. Further, by using a liquid, it is possible to operate while maintaining cycle efficiency without taking heat of condensation.
また、タービン負荷制御によって、ポンプ27から排出されるドライ作動ガスの流量およびポンプ27の出口圧力は、広範に変化する。タービン21において燃焼ガスがチョーク流れとなることから、Swallowing Capacity(SWC)が一定となるため、次の式(2)を満たす。
SWC = Gt×(Tt)1/2/Pt = 一定 …式(2)
Moreover, the flow rate of the dry working gas discharged from the pump 27 and the outlet pressure of the pump 27 vary widely by the turbine load control. Since combustion gas becomes a choke flow in the turbine 21, the Swallowing Capacity (SWC) is constant, and therefore, the following equation (2) is satisfied.
SWC = G t × (T t ) 1/2 / P t = Constant ... Formula (2)
ここで、Gtは、タービン21の入口における燃焼ガスの体積流量、Ttは、タービン21の入口における燃焼ガスの温度、Ptは、タービン21の入口における燃焼ガスの圧力である。 Here, G t is the volume flow rate of the combustion gas at the inlet of the turbine 21, T t is the temperature of the combustion gas at the inlet of the turbine 21, and P t is the pressure of the combustion gas at the inlet of the turbine 21.
例えば、タービン21に供給する燃焼ガスの圧力を上昇させるためには、燃焼ガスの流量が決まっている場合、燃料流量および酸化剤流量を増加して、燃焼ガスの温度を上げる。しかしながら、ポンプ27を備えない場合、圧縮機25である遠心圧縮機のサージ圧力マージンがほとんどないため、その圧力上昇に耐えることができない。そこで、ポンプ27を備えることで、上記した圧力上昇に耐えるシステムが実現される。
For example, in order to increase the pressure of the combustion gas supplied to the turbine 21, when the flow rate of the combustion gas is determined, the fuel flow rate and the oxidant flow rate are increased to raise the temperature of the combustion gas. However, when the pump 27 is not provided, there is almost no surge pressure margin of the centrifugal compressor which is the
ポンプ27と熱交換器23との間の配管42からは、配管42を流れるドライ作動ガスの一部を外部に排出する配管44が分岐している。この配管44は、排出管として機能する。配管44には、排出するドライ作動ガスの流量を調整するための流量調整弁29が設けられている。なお、流量調整弁29は、排出流量調整弁として機能する。
From the
配管44から排出されたドライ作動ガスは、例えば、回収装置により回収される。また、例えば、油田の地下造岩から残油を押し出すために、排出されたドライ作動ガスを利用することもできる。例えば、燃焼器20において燃料と酸素を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分の二酸化炭素が配管44から排出される。なお、配管44から排出されたドライ作動ガス以外は、燃焼器20に導入され、系統内を循環する。
The dry working gas discharged from the pipe 44 is recovered by, for example, a recovery device. Also, for example, the discharged dry working gas can be used to push residual oil out of the oil field underground rock formation. For example, carbon dioxide corresponding to the amount of carbon dioxide generated by burning fuel and oxygen in the
配管44の分岐部よりも下流において配管42は、熱交換器23を通り燃焼器20に連通している。配管42を流れる超臨界流体のドライ作動ガスは、熱交換器23において、タービン21から排出された燃焼ガスからの熱量を得て加熱される。配管42を通り、燃焼器20に導入されたドライ作動ガスは、例えば、燃焼器20の上流側から燃料や酸化剤とともに燃焼領域に噴出されたり、燃焼器ライナの冷却後に希釈孔などから燃焼器ライナ内の燃焼領域の下流側に噴出される。
Downstream of the branch portion of the pipe 44, the
ここで、配管42を介して燃焼器20に導かれたドライ作動ガスの燃焼器20への噴出速度は、タービン負荷によらずほぼ一定であることが好ましい。噴出速度は、前述した式(1)で定義される燃焼器噴出速度Vである。この燃焼器噴出速度Vは、火炎安定に寄与する再循環領域が、燃焼領域の適正な範囲に形成されるように設定される。燃焼器噴出速度Vがほぼ一定とは、例えば、各タービン負荷における平均燃焼器噴出速度を中心として±10%の範囲をいう。
Here, it is preferable that the ejection speed of the dry working gas guided to the
燃焼器20に流入したドライ作動ガス(二酸化炭素)が通過する開口部の全開口面積Aは一定であるため、燃焼器噴出速度Vをタービン負荷によらずほぼ一定に設定すれば、タービン負荷によって、燃焼器に供給されるドライ作動ガスの質量流量は変化するが、体積流量はタービン負荷によらずほぼ一定となる。 Since the total opening area A of the opening through which the dry working gas (carbon dioxide) flowing into the combustor 20 passes is constant, if the combustor ejection speed V is set to be almost constant regardless of the turbine load, The mass flow rate of the dry working gas supplied to the combustor varies, but the volume flow rate becomes substantially constant regardless of the turbine load.
圧縮機25から排出された超臨界流体のドライ作動ガスの残部は、配管45を通り、タービン21の出口と熱交換器23の入口とを連結する配管40内に導入される。配管45は、バイパス管として機能する。配管45には、配管40に導入される超臨界流体のドライ作動ガスの流量を調整するための流量調整弁30が設けられている。圧縮機25の回転数が一定で、圧縮機25の出口における圧力を一定に維持するためには、圧縮機25の入口における圧力を一定にする必要がある。そのため、バイパスするドライ作動ガスの流量が流量調整弁30によって調整される。なお、流量調整弁30は、バイパス流量調整弁として機能する。
The remainder of the supercritical fluid dry working gas discharged from the
また、ガスタービン設備10は、配管35を流れる燃料の流量を検知する流量検知部50、配管36を流れる酸化剤の流量を検知する流量検知部51、配管42を流れるドライ作動ガスの流量を検知する流量検知部52、配管44を流れるドライ作動ガスの流量を検知する流量検知部53、配管45を流れるドライ作動ガスの流量を検知する流量検知部54を備えている。各流量検知部は、例えば、ベンチュリ式やコリオリ式などの流量計で構成される。
Further, the
ここで、流量検知部50は、燃料流量検知部として、流量検知部51は、酸化剤流量検知部として、流量検知部52は、燃焼器導入流量検知部として、流量検知部53は、排出流量検知部として、流量検知部54は、バイパス流量検知部として機能する。
Here, the flow
ガスタービン設備10は、上記した各流量検知部50、51、52、53、54からの検知信号に基づいて、各流量調整弁16、29、30の開度を制御する制御部60を備えている。この制御部60は、例えば、演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)やランダムアクセスメモリ(RAM)などの記憶手段、出入力手段などを主に備えている。CPUでは、例えば、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。
The
出入力手段は、外部機器から電気信号を入力したり、外部機器に電気信号を出力する。具体的には、出入力手段は、例えば、各流量検知部50、51、52、53、54、各流量調整弁15、16、29、30などと各種信号の出入力が可能に接続されている。この制御部60が実行する処理は、例えばコンピュータ装置などで実現される。
The input / output means inputs an electric signal from an external device or outputs an electric signal to the external device. Specifically, the input / output means is connected to, for example, each flow
次に、燃焼器20に供給される、燃料、酸素およびドライ作動ガス(二酸化炭素)の流量調整に係る動作について、図1を参照して説明する。
Next, the operation | movement which concerns on flow volume adjustment of the fuel, oxygen, and dry working gas (carbon dioxide) supplied to the
ガスタービン設備10の運転時において、制御部60は、流量検知部50からの出力信号を出入力手段を介して入力する。入力した出力信号に基づいて、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を1とするために必要な酸素流量を算出する。なお、燃料流量は、例えば、要求されるガスタービン出力に基づいて、流量調整弁15の弁開度を調整することで制御される。
During operation of the
続いて、制御部60は、出入力手段から入力された流量検知部51からの出力信号に基づいて、算出した酸素流量が配管36に流れるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁16に出力する。
Subsequently, the
続いて、制御部60の演算装置において、出入力手段から入力された流量検知部50からの出力信号に基づいて、燃焼器20に導入する超臨界流体のドライ作動ガス(二酸化炭素)の流量、配管44から排出する超臨界流体のドライ作動ガスの流量および配管45を介してバイパスする超臨界流体のドライ作動ガスの流量を算出する。なお、この流量の算出は、上記した酸素流量の算出と同時に行われてもよい。また、ドライ作動ガスの流量を、流量検知部51からの出力信号に基づいて算出することもできる。
Subsequently, in the arithmetic unit of the
ここで、燃焼器20に導入するドライ作動ガス(二酸化炭素)の流量は、燃焼器噴出速度Vが設定値となるように算出される。なお、配管44から排出するドライ作動ガスの流量は、前述したように、燃焼器20において燃料と酸素を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分である。例えば、燃料流量が減少した場合には、配管45を介してバイパスされるドライ作動ガスの流量は増加する。一方、燃料流量が増加した場合には、配管45を介してバイパスされるドライ作動ガスの流量は減少する。
Here, the flow rate of the dry working gas (carbon dioxide) introduced into the
なお、圧縮機25は、タービン21と同軸で連結されているため、タービン21が定格のときには、タービン21の定格回転数で一定に回転する。また、圧縮機25の入口における圧力が一定で、圧縮機25の出口におけるドライ作動ガスの圧力が一定の超臨界圧力であるため、圧縮機25から排出されるドライ作動ガスの流量は一定となる。
In addition, since the
続いて、制御部60は、出入力手段から入力された流量検知部52、53、54からの出力信号に基づいて、それぞれ算出したドライ作動ガスの流量が、各配管42、44、45に流れるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁29、30に出力する。なお、図1に示された構成では、流量検知部52で検知されるのは、燃焼器20に導入するドライ作動ガスおよび配管44から排出するドライ作動ガスの流量である。
Subsequently, the
ここで、ポンプ27は、制御部60によって、燃焼器20に導入するドライ作動ガスおよび配管44から排出するドライ作動ガスの流量を引き込める回転数に制御される。また、ポンプ27の出口におけるドライ作動ガスの圧力は、燃焼器20の入口、換言するとタービン21の入口において要求される圧力となる。
Here, the pump 27 is controlled by the
ここで、例えば、燃焼器20に導入するドライ作動ガスの流量を減少する場合には、制御部60は、例えば、流量調整弁30を制御する。
Here, for example, when the flow rate of the dry working gas introduced into the
そして、配管44に分岐後の配管42を流れるドライ作動ガスは、熱交換器23を通り燃焼器20に導入される。
Then, the dry working gas flowing in the
上記したような制御を行うことで、タービン負荷が変化したときにおいても、燃焼器噴出速度Vを適正な範囲でほぼ一定に維持することができる。これによって、再循環領域が燃焼領域の適正な範囲に形成され、燃焼器20における火炎安定を図ることができる。
By performing the control as described above, the combustor ejection speed V can be maintained substantially constant within an appropriate range even when the turbine load changes. Thus, the recirculation region is formed in an appropriate range of the combustion region, and flame stabilization in the
ここで、図2は、実施の形態のガスタービン設備10において、各負荷状態におけるタービン21の入口圧力と燃焼器噴出速度Vとの関係を示す図である。なお、例示におけるタービン21の出口圧力は、3MPaである。また、図2において、例えば、FSNLは、全速無負荷状態であり、25%はタービン負荷が25%であることを示している。
Here, FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between the inlet pressure of the turbine 21 and the combustor ejection speed V in each load state in the
図2に示すように、タービン負荷が変化したときにおいても、燃焼器噴出速度Vは、ほぼ一定に維持されている。 As shown in FIG. 2, even when the turbine load changes, the combustor ejection speed V is maintained substantially constant.
上記したように、実施の形態のガスタービン設備10によれば、圧縮機25の出口におけるドライ作動ガスの圧力を一定の超臨界圧力とし、配管42にはポンプ27が設けられ、ドライ作動ガスの一部を配管40にバイパスする配管45が設けられている。これによって、タービン負荷が変化したときにおいても、燃焼器噴出速度Vを適正な範囲でほぼ一定に維持し、燃焼器20における火炎安定を図ることができる。
As described above, according to the
以上説明した実施形態によれば、タービン負荷が変化したときにおいても、燃焼器噴出速度を適正な範囲に維持し、火炎安定を図ることが可能となる。 According to the embodiment described above, even when the turbine load changes, it is possible to maintain the combustor ejection speed within an appropriate range and achieve flame stability.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…ガスタービン設備、15,16,29,30…流量調整弁、20…燃焼器、21…タービン、22…発電機、23,24…熱交換器、25…圧縮機、26…冷却器、27…ポンプ、35,36,40,41,42,44,45…配管、50,51,52,53,54…流量検知部、60…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
燃料および酸化剤を燃焼させるように構成された燃焼器と、
前記燃焼器から排出された燃焼ガスによって回動されるように構成されたタービンと、
前記タービンから排出された燃焼ガスを冷却するように構成された熱交換器と、
前記熱交換器を通過した燃焼ガスから水蒸気を除去してドライ作動ガスに再生するように構成された水蒸気除去器と、
前記ドライ作動ガスを超臨界流体となるまで昇圧するように構成された圧縮機と、
前記圧縮機から排出された超臨界流体のドライ作動ガスの一部を、前記熱交換器を通して前記燃焼器に導くように構成された燃焼器導入管と、
前記熱交換器の上流側にある燃焼器導入管から分岐され、前記燃焼器導入管を流れるドライ作動ガスの一部を外部に排出するように構成された排出管と、
前記圧縮機から排出された超臨界流体のドライ作動ガスの残部を、前記タービンの出口および前記熱交換器の入口を連結する配管内に導入するように構成されたバイパス管と、
を具備する、ガスタービン設備。 Gas turbine equipment,
A combustor configured to burn fuel and oxidant;
A turbine configured to be rotated by combustion gas discharged from the combustor;
A heat exchanger configured to cool the combustion gas discharged from the turbine;
A water vapor remover configured to remove water vapor from the combustion gas that has passed through the heat exchanger and regenerate it into a dry working gas;
A compressor configured to pressurize the dry working gas to a supercritical fluid;
A combustor inlet tube configured to direct a portion of the supercritical fluid dry working gas discharged from the compressor through the heat exchanger to the combustor;
A discharge pipe branched from a combustor introduction pipe on the upstream side of the heat exchanger and configured to discharge a part of the dry working gas flowing through the combustor introduction pipe to the outside;
A bypass pipe configured to introduce the remainder of the supercritical fluid dry working gas discharged from the compressor into a pipe connecting an outlet of the turbine and an inlet of the heat exchanger;
A gas turbine facility comprising:
前記燃焼器に供給される酸化剤が流れる配管内に配置され、前記酸化剤の流量を検知するように構成された酸化剤流量検知部と、
前記酸化剤が流れる配管内に設けられ、前記酸化剤の流量を調整するように構成された酸化剤流量調整弁と、
前記燃焼器導入管内に配置され、前記燃焼器導入管を流れる超臨界流体のドライ作動ガスの流量を検知するように構成された燃焼器導入流量検知部と、
前記排出管内に配置され、前記排出管を流れる超臨界流体のドライ作動ガスの流量を検知するように構成された排出流量検知部と、
前記排出管内に設けられ、前記排出管を流れる超臨界流体のドライ作動ガスの流量を調整するように構成された排出流量調整弁と、
前記バイパス管内に配置され、前記バイパス管を流れる超臨界流体のドライ作動ガスの流量を検知するように構成されたバイパス流量検知部と、
前記バイパス管内に設けられ、前記バイパス管を流れる超臨界流体のドライ作動ガスの流量を調整するように構成されたバイパス流量調整弁と、
前記燃料流量検知部、前記酸化剤流量検知部、前記燃焼器導入流量検知部、前記排出流量検知部、および前記バイパス流量検知部からの検知信号に基づいて、前記酸化剤流量調整弁、前記排出流量調整弁、および前記バイパス流量調整弁の開度を制御するように構成された制御部と、
をさらに具備する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のガスタービン設備。 A fuel flow rate detector arranged in a pipe through which the fuel supplied to the combustor flows and configured to detect the flow rate of the fuel;
An oxidant flow rate detection unit arranged in a pipe through which the oxidant supplied to the combustor flows and configured to detect the flow rate of the oxidant;
An oxidant flow rate adjusting valve provided in a pipe through which the oxidant flows and configured to adjust the flow rate of the oxidant;
A combustor introduction flow rate detector arranged in the combustor introduction tube and configured to detect a flow rate of a dry working gas of a supercritical fluid flowing through the combustor introduction tube;
An exhaust flow rate detector arranged in the exhaust pipe and configured to detect the flow rate of the dry working gas of the supercritical fluid flowing through the exhaust pipe;
An exhaust flow rate adjusting valve provided in the exhaust pipe and configured to adjust the flow rate of the dry working gas of the supercritical fluid flowing through the exhaust pipe;
A bypass flow rate detector arranged in the bypass pipe and configured to detect the flow rate of the dry working gas of the supercritical fluid flowing through the bypass pipe;
A bypass flow rate adjusting valve provided in the bypass pipe and configured to adjust the flow rate of the dry working gas of the supercritical fluid flowing through the bypass pipe;
Based on detection signals from the fuel flow rate detection unit, the oxidant flow rate detection unit, the combustor introduction flow rate detection unit, the exhaust flow rate detection unit, and the bypass flow rate detection unit, the oxidant flow rate adjustment valve, the discharge A flow rate adjusting valve, and a control unit configured to control the opening degree of the bypass flow rate adjusting valve;
The gas turbine equipment according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
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